Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuartige Lichtquellen für die abhörsichere Telekommunikation - Photonen auf Bestellung

18.05.2009
Eine Lichtquelle, die nur ein Photon innerhalb eines kurzen Zeitintervalls emittiert, ermöglicht zahlreiche neue Anwendungen auf dem Gebiet der Quanten-Informationstechnologie.

Dazu zählen insbesondere die Entwicklung abhörsicherer Datennetze sowie Konzepte für das optische Quantencomputing. Mit modernen Herstellungsverfahren und experimentellen Untersuchungen tragen das 3. Physikalische Institut und das Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen der Universität Stuttgart maßgeblich zur Erforschung und Realisierung derartiger Lichtquellen bei. Das Bundesforschungsministerium fördert diese Arbeiten innerhalb eines Forschungsverbundes an der Universität Stuttgart mit 867.000 Euro für drei Jahre.

Solche neuartigen Lichtquellen - Fachleute bezeichnen diese als quantisierte Lichtzustände - erlauben Funktionen, die mit klassischen Lichtzuständen nicht möglich sind. So ermöglicht die Nachrichtenübertragung mit einzelnen Photonen eine abhörsichere Datenkommunikation. Der geheime Schlüssel einer Nachricht wird dabei beispielsweise über eine Polarisationskodierung der Photonen übertragen. Ein möglicher Lauschangriff scheitert an den Gesetzen der Quantenmechanik: Detektiert ein Spion die übertragenen Photonen, so wird seine Messung den unbekannten Photonenzustand in der Regel verändern. Durch die Verwendung so genannter nichtorthogonaler Zustände kann der Spion nicht den Zustand jedes Photons korrekt bestimmen, sondern nur einen zufälligen Anteil. Selbst wenn er ein Ersatzphoton für jedes ausspionierte Photon weiterschickt, das dem Resultat seiner Messung entsprechend präpariert wurde, verursacht dies beim Empfänger eine signifikant höhere Fehlerrate, aufgrund dieser ein Lauschangriff nachgewiesen werden kann. Ein erster Ansatz lässt vermuten, dass sich einzelne Photonen durch Abschwächen einer gepulsten Lichtquelle auf eine Zahl von einem Photon pro Puls realisieren lassen. Dies ist jedoch nicht möglich, da die Photonenemission klassischer Lichtquellen (Laser, Glühlampe) einer Gesetzmäßigkeit folgt, die auch bei kleinsten Lichtintensitäten die deterministische Erzeugung von einzelnen Photonen in einem Puls verhindert.

Zur Realisierung von Einzelphotonenquellen verwenden die Wissenschaftler vor allem so genannte Quantenemitter - etwa ein einzelnes angeregtes Atom, ein Molekül, ein Fehlstellenzentrum (eine Lücke im Kristallgitter in Verbindung mit Fremdatomen) oder ein Elektron-Loch Paar in einer Halbleiterstruktur. Diese können einzelne Photonen getrennt nacheinander emittieren. Eine gezielte Steuerung des Anregungsprozesses, beispielweise durch gepulste optische oder elektrische Anregung, gewährleistet, dass nur ein Photon innerhalb eines kurzen Zeitintervalls emittiert werden kann. Die zurzeit in den Forschungslaboratorien eingesetzten Einzelphotonenquellen werden den Anforderungen der Effizienz, Zuverlässigkeit und Definiertheit der Photonenemission in Bezug auf Wellenlänge, Zeitverhalten und Photonenstatistik nicht gerecht. Hinzu kommen die Komplexität, die Justageempfindlichkeit und die Größe des Aufbaus, die einen kommerziellen Einsatz solcher Quellen bisher verhindern.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert diese Arbeiten mit dem Ziel, kompakte und kontrollierbare Einzelphotonenquellen auf Festkörperbasis zu entwickeln, innerhalb des Verbundforschungsprojekts EPHQUAM (Effiziente, kompakte und kontrollierbare Einzelphotonenquellen für die Quantenkommunikation). Beteiligt sind die Universitäten Stuttgart, die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Universität des Saarlands, die Technische Universität Braunschweig, das Forschungszentrum Jülich und die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in Braunschweig. Die Forscher sind zuversichtlich, dass die Entwicklung von effizienten und stabilen Quellen zur stürmischen Entwicklung der Quanteninformationswissenschaften beitragen wird.

Weitere Informationen bei Prof. Dr. Peter Michler, Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen, Universität Stuttgart, Tel. 0711/685-64660,

e-mail: peter.michler@ihfg.uni-stuttgart.de

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Proteintransport - Stau in der Zelle
24.03.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Neuartige Halbleiter-Membran-Laser
22.03.2017 | Universität Stuttgart

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise